KR101431887B1 - 필터 카세트, 필터 장치 및 이러한 필터 카세트를 구비하는 가스 터빈 - Google Patents

필터 카세트, 필터 장치 및 이러한 필터 카세트를 구비하는 가스 터빈 Download PDF

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Abstract

공기 스트림, 특히 가스 터빈에 진입하는 가스 스트림으로부터 입자를 제거하기 위한 필터 카세트(1)는 상류 단부(14)와 하류 단부(16)를 구비하며, 필터 매체(4)가 끼워넣어지고 필터 카세트를 파티션벽(6)의 개구에 장착하도록 되어 있는 장착면(5)을 구비하는 장착 프레임을 포함한다. 장착면은 상기 상류 단부(14)로부터 제1 거리(Dup)로 그리고 상기 하류 단부(16)로부터 제2 거리(Ddown)로, 필터 카세트의 상류 단부와 하류 단부 사이에 위치된다. 제1 거리와 제2 거리 각각은 필터 카세트의 전체 거리의 10 %를 넘는다. 바람직하게는, 장착면(5)은 대략 필터 카세트(1)의 무게중심선에서 상류 단부(14)와 하류 단부(16)의 중앙에 위치된다. 이에 따라, 필터 카세트는 파티션 개구(15)의 양측부로 연장된다. 필터 표면적은 증가되고, 필터 카세트(1)에 의해 파티션벽(6)으로 유도되는 토크는 줄어든다.

Description

필터 카세트, 필터 장치 및 이러한 필터 카세트를 구비하는 가스 터빈{FILTER CASSETTE, FILTER ARRANGEMENT, AND GAS TURBINE WITH SUCH FILTER CASSETTE}
본 발명은 공기 스트림으로부터의 입자 제거를 위한 필터 카세트에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하자면 내부에 필터 카세트가 장착되는 개구를 구비하는 파티션을 포함하는 필터 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 또한 가스 터빈에 진입하는 가스 스트림으로부터 입자를 제거하는 필터 카세트의 용도 및 그 특정 용례로서 그와 같은 가스 터빈에 관한 것이다. 그러나, 본 발명은 이와 유사하게, 비상 발전기, 가스 압축기, HVAC 시스템, 염 스톡(salt stock)으로부터의 가스를 채굴하는 가스 채굴 공정 등과 같은 다양한 다른 어플리케이션에도 사용될 수 있다.
상기 어플리케이션은 공통적으로 대량의 공기가 높은 입자 여과 효율로 여과될 것을 필요로 한다. 단일 필터 카세트는 시간당 1,000 m3 넘게 필터링하는 능력을 갖고, 592 mm × 592 mm × 300 mm 또는 610 mm × 610 mm × 300 mm의 통상적인 필터 사이즈는 시간당 약 2,500 내지 5,000 m3를 필터링하며, 시간당 10,000 m3가 넘는 공기량 또는 심지어는 시간당 50,000 m3가 넘는 공기량, 때때로 이보다 훨씬 많은 공기량을 필터링하기 위해 다수의 필터 카세트가 동시에 사용된다. 필터 카세트(들)는 일반적으로 "오염 공기 섹션"이라고 칭하는 상류 용적과 일반적으로 "청정 공기 섹션"이라고 칭하는 하류 용적을 분리하는 파티션에 장착된다. 파티션은 내부에 필터 카세트가 장착되는 개구를 구비하는 벽의 형태일 수도 있고, 오염 공기 섹션과 청정 공기 섹션 사이에 실질적으로 기밀한 파티션을 형성하도록 내부에 필터 카세트가 장착되는 복수 개의 개구를 형성하는 랙(rack) 형태일 수도 있다. 몇몇 어플리케이션에서, 다수의 필터 카세트는, 조작 스탭이 걸어서 통과할 수 있고 개별 필터 카세트가 막히거나 결함이 있을 때 이러한 개별 필터 카세트를 제거하여 교체하기에 충분한 필터 하우스에 마련된다.
US 6,368,386는 가스 터빈의 흡기 스트림에 있는 공기 필터 시스템에 관한 것이다. 미립자 재료가 제1 단계 공기 클리너에서 흡기 공기로부터 필터링되고, 제2 단계 공기 클리너로 안내되며, 이 제2 단계 공기 클리너에서 수분, 그리고 특히 염이 흡기 공기로부터 제거된다. 제2 단계 공기 클리너는 통상적으로 상기 필터 카세트를 포함한다. 제2 단계 공기 클리너에서 유리하게 필터 매체로서 사용될 수 있는 필터 재료가, 예컨대 EP 1 674 144 A1에 설명되어 있다. 공통 필터 카세트의 구조가, 예컨대 WO 2007/103408, EP 0 560 012 Bl 및 EP 0 723 800 B1에 설명되어 있다. 따라서, 필터 카세트는 통상적으로, 패널 필터 쌍이 필터 카세트의 상류 단부에서 팔터 카세트의 하류 단부로 연장되는 V자형 포켓을 형성하도록 복수 개의 필터 패널로 이루어진다. 각각의 필터 패널은, 일반적으로 전체 여과 경로와 거의 평행하게 연장되는 다수의 필터 매체 주름(pleat)으로 이루어지며, 따라서 필터링 대상 공기 또는 가스가 거의 직선 방식으로 주름을 통과한다. 필터 패널은 케이싱에 장착되며, 필터 카세트의 상류 단부에서 또는 소수의 어플리케이션에서는 필터 카세트의 하류 단부에서 장착 프레임에 기밀하게 끼워넣어진다. 필터 카세트가 파티션의 개구 내로 통과하여 청정 공기 섹션으로 연장되도록, 장착 프레임은 필터 카세트를 대응하는 파티션의 장착면에 장착하기 위한 장착면을 제공한다. 그 후, 스탭은 오염 공기 섹션측으로부터 필터 카세트를 수월하게 제거하고 교체할 수 있다.
본 발명의 목적은, 특히 필터링 효율, 수명 및 압력 강하에 관하여 기지의 필터 카세트와 필터 장치를 개선하는 것이다.
따라서, 본 발명의 필터 카세트는 상류 단부와 하류 단부를 구비하며, 장착 프레임을 포함하는데, 이 장착 프레임에 필터 매체가 끼워넣어지고, 장착 프레임은 종래 기술에 관하여 전술한 바와 같이 파티션의 개구에 필터 카세트를 장착하도록 되어 있는 장착면을 갖는다. 본 발명에 따르면, 장착면은 필터 카세트의 상류 단부로부터의 제1 거리로 그리고 필터 카세트의 하류 단부로부터의 제2 거리로 필터 카세트의 상류 단부와 하류 단부 사이에 위치 설정되며, 상기 제1 거리와 제2 거리는 필터 카세트의 전체 길이의 10 %를 초과한다. 특히, 제1 거리와 제2 거리는 적어도 40 mm이며, 보다 바람직하게는 100 mm 이상이다. 이러한 구성은 필터 카세트에서 파티션으로의 토크의 유입을 줄이는데, 이러한 토크는 부적절할 실링 압력을 초래할 수 있고, 공기가 프레임 가스켓을 우회하도록 할 수 있다. 또한, 파티션의 구조적 안정성을 넘어서는 토크가 방지될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 필터 카세트의 상류 단부와 하류 단부로부터의 장착면의 거리는 필터 카세트의 전체 길이의 15 %를 넘고, 바람직하게는 필터 카세트의 전체 길이의 20 %를 넘으며, 훨씬 더 바람직하게는 필터 카세트의 전체 길이의 25 %를 넘는다. 상기 거리의 절대값은 100 mm 이상인 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는, 장착면은 상기 상류 단부와 하류 단부에 대하여 필터 카세트의 무게중심선에 위치된다. 이에 따라, 필터 카세트가 대칭 구조를 갖는다고 가정하며, 장착면은 상기 상류 단부와 하류 단부 사이에서 중앙에 위치되는 것이 유익하다.
제안된 구조에 의해 달성되는 다른 장점은, 필터 매체의 유효 표면적은 필터 카세트가 청정 공기 섹션으로 돌출되는 길이를 증가시키는 일 없이도 증가될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 필터 카세트는 대신에 오염 공기 섹션으로 부분적으로 연장된다. 이러한 방식으로, 기존의 필터 카세트는 필터 표면적이 큰 제안된 필터 카세트로 교체될 수 있으며, 필터 카세트가 장착되는 파티션 또는 하우스를 맞출 필요가 없다. 필터 표면적의 증가로 인해, 필터 수명은 증가하는데, 그 이유는 필터 표면의 부분 영역당 보다 적은 공기가 통과해야만 하고, 공기가 보다 낮은 속도로 필터 매체를 통과하기 때문이다.
장착 프레임의 장착면이 필터 카세트의 상류 단부와 하류 단부 사이의 위치에 있는 제안된 구성은, 장착면뿐만 아니라 장착 프레임 전체가 필터 카세트의 상류 단부와 하류 단부 사이의 어느 위치에 위치되던지 간에 다른 장점을 제공한다. 즉, 전술한 장점은 일반적으로, 필터 카세트의 상류(또는 하류) 단부가 마련되고, 장착 프레임의 장착면이 예컨대 필터 카세트의 무게중심선에 배치되도록 상류에서 하류 방향으로 소정 길이를 갖는 장착 프레임에 의해 달성될 수 있다. 그러나, 필터 카세트의 영역에 장착 프레임을 마련하는 것이 매우 유익하며, 이때 필터 카세트는 장착면에 의해 파티션에 장착되고, 이 영역의 필터 패널에 대해 장착 프레임을 기밀하게 시일한다. 따라서, 장착면의 중량과, 이에 따라 필터 카세트의 중량은 줄어든다. 또한, 필터 패널에서 필터 프레임으로 유입되는 토크도 이와 마찬가지로 줄어든다. 또한, 필터 패널들 사이에서 장착 프레임의 상류에 마련되는 측벽이, 인접한 필터 패널들의 상류 표면측들 사이에서 생략될 수 있다. 이에 의해, 필터 카세트의 전체 중량은 더욱 줄어들고, 필터 카세트에 걸친 압력 강하도 또한 실질적으로 줄어든다는 것이 더욱 중요하다. 필터 카세트가 공기 스트림에 배치될 때, 필터 카세트에 의해 유발되는 차압은 항시 필터 카세트에 대한 가장 중요한 고유값 중 하나이다. 1,000 Pa의 압력 강하는 1 내지 3 %의 터빈의 출력 손실에 상응할 수 있다. 장착면 측벽의 상류가 인접한 필터 패널들의 하류 표면측 사이에만 마련되고 상류 표면측 사이에는 마련되지 않기 때문에, 공기가 필터 카세트에 진입하는 개구 영역은, 오염 공기 섹션으로 돌출하지 않는 종래의 필터 카세트의 개구 영역에 비해 증가된다. 따라서, 필터링 대상 공기는 줄어든 속도로 필터 카세트에 진입한다. 대체로, 이로 인해 필터 카세트에 걸친 압력 강하가 줄어들고, 이에 따라 터빈의 성능이 향상된다.
이와 유사하게, 공기 흐름 저항은 또한 인접한 패널들의 상류 표면측 사이에서만 장착 프레임의 상류에 측벽을 마련함으로써 줄어들 수 있고, 따라서 필터 카세트에 걸친 압력 강하가 더욱 개선될 수 있다. 가장 바람직하게는, 장착 프레임 측벽의 상류가 인접한 필터 패널들의 하류 표면측 사이에만 마련되는 반면, 장착 프레임 측벽의 하류가 인접한 필터 패널들의 상류 표면측 사이에만 마련된다는 점에서 2개의 조치가 조합된다.
필터 패널들 사이의 측벽이 부분적으로 생략될 수 있다고 설명하였지만, 필터 패널로부터 필터 카세트의 상부벽 및 바닥벽을 형성하는 것이 더욱 유익하다. 일반적으로, 필터 카세트의 이들 벽은 필터 카세트의 전체 구조를 강화하기 위해서 금속 또는 강성 폴리머 재료와 같은 강한 재료로 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 벽은 2개의 최외측 필터 패널로 형성될 때, 필터링 기능을 갖는다. 이는 공기가 전방 단부와, 측벽이 부분적으로 생략된 사이드웨이로부터 V자형 포켓을 통해서뿐만 아니라 2개의 최외측 필터 패널을 통해 직접, 즉 필터 카세트의 상부벽과 바닥벽을 통해서도 필터 카세트의 필터 매터를 통과하도록 한다. 필터 카세트의 효율, 수명 및 압력 강하는 이에 의해, 종래 기술의 필터 카세트에 비해 더욱 향상된다.
적어도 (EN 1822에 따른) 필터 클래스 H10, 바람직하게는 H12의 미립자 필터링 효율을 제공하는 필터 매체를 지닌 필터 카세트를 사용함으로써, 시간당 3,400 cm3의 공기 유량에서 200 Pa 미만의 압력 강하를 달성할 수 있다. 상류측, 하류측 또는 상류측과 하류측 모두에서 측벽이 생략되었는지의 여부에 따라, 그리고 2개의 최외측 필터 패널 중 어느 하나 또는 이들 모두를, 공기가 필터 카세트의 상부와 바닥으로부터 또한 필터 매체를 통과할 수 있도록 하기 위해 필터 기능을 갖도록 마련했는지의 여부에 따라, 180 Pa, 160 Pa, 140 Pa, 120 Pa의 훨씬 더 양호한 값 및 심지어는 100 Pa 미만의 값을 얻을 수 있다.
압력 강하는 필터 매체로서 사용되는 재료에 크게 좌우됨은 물론이다. EP 1 674 144 A1에 설명되어 있는 재료가 필터 카세트용의 필터 매체로서 특히 바람직하다. 바람직한 실시예에 관한 아래의 상세한 설명에서 다른 재료가 설명된다.
이에 따라, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 필터 카세트는 상류 단부와 하류 단부를 구비하고, 필터 매체가 끼워넣어지고 파티션의 개구에 필터 카세트를 장착하도록 되어 있는 장착면을 갖는 장착 프레임을 포함하며, 이때 상기 장착면은 필터 카세트의 상류 단부와 하류 단부 사이에서 상기 상류 단부로부터의 제1 거리로 그리고 상기 하류 단부로부터의 제2 거리로 위치되고, 상기 제1 거리 및 제2 거리 각각은 필터 카세트의 전체 거리의 10 %를 초과하며, 제1 거리 및 제2 거리는 적어도 40 mm이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 필터 카세트는 상류 단부와 하류 단부를 구비하고, 필터 매체가 끼워넣어지고 파티션의 개구에 필터 카세트를 장착하도록 되어 있는 장착면을 갖는 장착 프레임을 포함하며, 이때 상기 장착면은 필터 카세트의 상류 단부와 하류 단부 사이에서 상기 상류 단부로부터의 제1 거리로 그리고 상기 하류 단부로부터의 제2 거리로 위치되고, 상기 제1 거리 및 제2 거리 각각은 필터 카세트의 전체 거리의 25 %를 초과한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 필터 카세트는 상류 단부와 하류 단부를 구비하고, 필터 매체가 끼워넣어지고 파티션의 개구에 필터 카세트를 장착하도록 되어 있는 장착면을 갖는 장착 프레임을 포함하며, 이때 상기 장착면은 필터 카세트의 상류 단부와 하류 단부 사이에서 상기 상류 단부로부터의 제1 거리로 그리고 상기 하류 단부로부터의 제2 거리로 위치되고, 상기 제1 거리 및 제2 거리 각각은 필터 카세트의 전체 거리의 10 %를 초과하며, 상기 필터 매체는 상류에서 하류 방향으로 연장되는 복수 개의 필터 패널을 포함하고, 상기 필터 패널은 상류 단부와 하류 단부에서 교대로 상호 연결되며, 필터 카세트를 통과하는 유체가 상기 필터 패널을 통과하게 강제되도록 인접한 필터 패널을 연결하는 측벽이 마련된다.
전술한 타입의 필터 카세트는 유익하게는 고용량 가스 터빈에 진입하는 가스 스트림으로부터 입자를 제거하는 데 사용될 수 있다. 단일 필터 카세트는 시간당 500 내지 6,000 m3의 공기 유량을 가질 수 있고, 시간당 1,000 m3 또는 시간당 4,000 m3 또는 심지어는 시간당 10,000 m3를 필터링하기 위해 복수 개의 필터 카세트가 동시에 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 필터링 효율, 수명 및 압력 강하의 면에서 개선된 필터 카세트와 필터 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 필터 카세트의 사시도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른, 도 1에 도시된 필터 카세트와 유사한 필터 카세트를 관통하는 개략적인 단면도이다.
도 3은 제2 실시예에 따른, 도 1에 도시된 필터 카세트와 유사한 필터 카세트를 관통하는 개략적인 단면도이다.
도 4는 제3 실시예에 따른, 도 1에 도시된 필터 카세트와 유사한 필터 카세트를 관통하는 개략적인 단면도이다.
도 5는 종래 기술의 필터 카세트의 필터 구성을 도시한 도면이다.
도 5에는, 종래 기술의 필터 카세트(1)가 파티션벽(6)의 개구에 장착되어 있는 종래 기술의 필터 장치가 도시되어 있다. 이 도면에 도시된 파티션벽(6)은 벽의 형태를 갖는다. 파티션벽은 필터 카세트(1)의 하류 단부(16)에 있는 청정 공기 섹션으로부터 필터 카세트의 상류 단부(14)에 있는 오염 공기 섹션을 분리한다. 필터 카세트(1)는, V자형 뱅크 구성이 상류에서 하류 방향으로 연장되는 복수 개의 필터 패널(2)로 이루어진다. 필터 패널(2)들은 그 상류 단부와 하류 단부에서 교대로 상호 연결된다. 상류 단부(14)에서의 연결은 장착 프레임(9) 형태이다. 장착 프레임(8)은, 장착면(5)이 그 하류측상에 형성되도록 측방향으로 돌출한다. 장착면(5)은, 장착면(5)이 실링 기능을 갖는 실질적으로 기밀한 방식으로 장착 프레임(8)을 통해 파티션벽(6)에 필터 카세트(1)가 장착될 수 있도록 필터 패널 패키지를 에워싼다. 클리닝 대상 공기가 필터 카세트(1)를 통과할 때, 이 공기는 장착 프레임(8)에 있는 개구를 통해 필터 카세트(1)에 진입하고, 필터 카세트의 상류 표면측(17)에서 필터 카세트의 하류 표면측(18)으로 필터 패널(2)의 필터 매체를 통과하여, 필터 카세트의 하류 단부(16)로부터 필터 카세트(1)를 빠져나간다. 통상의 종래 기술의 필터 카세트는 길이가 약 300 mm이고, 약 560 × 560 mm 또는 580 × 580 mm의 개구에 장착되도록 설계된다.
측벽(10)은 필터 패널(2)의 소망하는 V자형 뱅크 구성을 유지하는 데 필요한 강도를 제공하고, 클리닝 대상 공기가 필터 패널(2)을 통과하도록 강제한다.
다양한 실시예에 관하여 아래에서 설명할 본 발명에 따른 필터 카세트는 기본적으로 단지 장착 프레임과 장착면에 대해서만 전술한 종래 기술의 구조와 상이하다. 이에 따라, 아래에서는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 동일한 도면 부호가 사용된다.
도 1에는, 파티션벽(6)의 개구(15)에 장착된 필터 카세트(1)의 제1 실시예가 도시되어 있다. 종래 기술에서와 같이, 2개의 인접한 필터 패널(2)이 하나의 V자형 뱅크를 형성한다. 각각의 V자형 뱅크의 필터 패널들은, 예컨대 적절한 포팅 재료(potting material)에 의해 필터 카세트의 하류 단부(16)에서 기밀하게 연결된다. 이와 마찬가지로, 2개의 인접한 V자형 뱅크의 필터 패널(2)들도 또한, 예컨대 적절한 포팅 재료에 의해 필터 카세트의 상류 단부(14)에서 기밀하게 연결된다. 장착 프레임(8)은 필터 패널 패키지에 연결되어, 필터 카세트(1)를 파티션벽(6)의 대응하는 장착면(13)에 장착하는 그 장착면(5)이 대략 필터 카세트의 무게중심선에서 필터 카세트(1)의 상류 단부(14)와 하류 단부(16) 사이에서 중앙에 위치된다. 이에 따라, 필터링 대상 공기는 필터 카세트(1)의 오염 공기 섹션측 상에서 필터 패널(2)의 필터 매체의 상류 표면측(17)을 통과하여, 필터 패널(2)의 하류 표면측(18) 상에서 필터 매체(4)를 거쳐 청정 공기 섹션으로 빠져나간다.
장착 프레임(8)은 필터 패널(2)을 고정할뿐만 아니라, 필터 패널(2)과 필터 매체(4)를 누설이 없는 방식, 즉 기밀한 방식으로 시일한다. 필터 패널(2)은 또한 금속 또는 강성 폴리머 재료와 같은 강한 재료로 형성된 상부벽 및 바닥벽(19)에 의해 고정된다. 장착면(5)이 대략 필터 카세트(1) 전체의 무게중심선에 위치되는 것으로 인해, 필터 카세트(1)에 의해 파티션벽(6)으로 안내되는 토크가 최소화된다. 또한, 필터 패널(2)의 상류에서 하류까지의 길이는 약 300 mm의 필터 카세트 전체 길이에서 약 600 mm의 필터 카세트 전체 길이까지 두배일 수 있으며, 이에 따라 이에 상응하여 필터 표면적이 증가한다. 이것은 필터 카세트의 라이프 사이클을 향상시킨다.
상류 단부(14)로부터의 거리(Dup)와 하류 단부로부터의 거리(Ddown)가 동일하거나 거의 동일하도록 필터 카세트의 상류 단부(14)와 하류 단부(16) 사이의 중심에 장착면(5)을 위치시키는 것이 바람직하며, 이때 장착면은 대략 필터 카세트의 무게중심선에 위치된다. 그러나, 전술한 긍정적인 효과는, 장착면(5)을 구비하는 장착 프레임(8)이 필터 카세트의 상류(또는 하류) 단부에 마련되는 종래 기술의 카세트 필터에 비해, 장착면이 단지 약간만 필터 카세트의 중심을 향해 위치될 때 부분적으로 달성될 수 있다. 본 명세서에서는 또한, 도 1에 도시된 실시예와는 달리, 필터 카세트가 청정 공기 섹션측으로부터 또는 역전된 구성으로 파티션벽(6)의 개구(15)에 장착되는 경우에 장착면(5)이 장착 프레임(8)의 상류측에 마련될 수 있다는 것을 설명해야만 한다. 대안으로서, 장착 프레임(8)이 정확하게 개구(15)에 끼워넣어지는 경우, 장착면(5)은 장착 프레임의 주위 측면에 의해 구성될 수 있다. 각각의 경우, 장착면(5)은 실링 기능을 갖고, 가스켓을 포함할 수 있다.
이것이 바람직하기는 하지만, 장착 프레임(8)은 전체적으로 필터 패널 장치 또는 파티션벽의 개구(15)를 완전히 에워쌀 필요가 없다는 점에도 또한 주목해야만 한다. 예컨대, 이와 달리 필터 패널 구성과 파티션벽의 개구(15) 간에 억지끼워맞춤이 이루어지면, 장착 프레임(8)은 단지 몇몇 섹션, 예컨대 큰 토크력을 예상할 수 있는 필터 카세트의 상부측 및 하부측 상에 마련될 수 있다.
도 1에서는 또한 필터 카세트의 청정 공기 섹션측 상에서, 그리고 필터 카세트의 오염 공기 섹션측 상에서 측벽(10)이 부분적으로 생략된 것을 확인할 수 있다. 측벽(10)은 단지 공기 흐름이 차단되어야만 하는 영역에 있는 인접한 패널들 사이에만 마련된다. 보다 구체적으로, 측벽(10)은 오염 공기 섹션, 즉 장착 프레임(8)의 상류에서 단지 인접한 필터 패널(2)들의 하류 표면측(18) 사이에만, 그리고 청정 공기 섹션에서, 즉 장착 프레임(8)의 하류에서 단지 인접한 필터 패널(2)의 상류 표면측(17) 사이에만 마련된다. 이에 의해, 공기가 필터 카세트에 진입하는 전체 영역이 증가되어, 진입 공기의 속도와, 이에 상응하여 흐름 저항력이 실질적으로 감소된다. 이는 필터 카세트에 의해 공기 스트림에 유발되는 압력 강하에 유익한 영향을 준다. 이에 따라, 2가지 효과가 합쳐지는데, 즉 필터 패널의 길이와, 이에 따른 필터 패널의 유효 표면적을 증가시킴으로, 필터 패널을 통과하는 공기의 속도가 실질적으로 줄어들고, 측벽의 부분적인 생략으로 인해 공기가 필터 카세트에 진입하는 단면적을 증가시킴으로써 공기 흐름 속도가 또한 줄어든다.
필터 패널(2)의 필터 매체(4)는 도 1 및 도 5에 일반적으로 도시된 바와 같이 상류에서 하류 방향으로 주름 가공(pleating)된다. 주름 자체는 이 실시예에서 필터 카세트의 상류 단부(14)에서 하류 단부(16)로 지향된다. 다른 실시예에서, 주름은 필터 패널(2)의 일측부에서 필터 패널의 반대 측부로 연장될 수 있다. 필터 매체(4)는 셀룰로오스나 유리 섬유, 또는 폴리에스테르 부직포 또는 폴리프로필렌 부직포와 같은 합성 재료로 이루어질 수 있다. 적어도 2개의 중첩 여과층을 구비하는 복합 필터 매체를 사용하는 것이 매우 바람직하며, 2개의 여과층 중 하나는 멤브레인 여과층이고 나머지 여과층은 심층 여과층이다. 심층 여과층은, 스펀 본드(spun bond) 부직포, 유리 섬유, 마이크로 유리 섬유, 셀룰로오스 또는 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 나노 섬유나 유리 섬유, 부직포 섬유 폴리머 웹을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 심층 여과층은 멜트블로운 웹(melt blown web)이다. 멜트블로운 폴리머 섬유 웹층(들)은, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리비닐클로라이드, 폴리메틸메타크릴레이트 및 폴리에틸렌을 포함하는 다양한 폴리머 재료로 형성될 수 있으며, 이들 중 폴리프로필렌이 가장 바람직하다. 통상적으로, 웹을 형성하는 폴리머 섬유는 직경이 약 0.05 μm 내지 약 10 μm 범위이고, 바람직하게는 약 1 μm 내지 약 5 μm 범위이다.
바람직하게는, 하나 이상의 심층 여과 매체가 정전하를 갖는 고효율층으로 이루어진 일렉트릿(electret) 필터 매체로서 형성된다. 전하는 멜트블로운 섬유에 부여되어, 다양한 기법을 이용하여 멜트블로운 섬유의 여과 성능을 향상시킨다(예컨대, 미국 특허 제5,401,446호 참고). 복합 필터 매체의 심층 여과층(들)의 하류에 멤브레인 여과층이 배치되며, 이 멤브레인 여과층은 심층 여과층을 통과하는 입자를 포획하도록 되어 있다. 어플리케이션의 요건에 따라, 다양한 미세다공성 폴리머 멤브레인이 멤브레인 여과층으로서 사용될 수 있다. 멤브레인 여과층은 다음의 예시적인 재료, 즉 니트로셀룰로오스, 트리아세틸 셀룰로오스, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리술폰, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 아크릴레이트 코폴리머로 구성될 수 있다. 멤브레인 여과층은 액체의 통과를 방지할 수 있는 소수성 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 이것은 또한 EP 1 674 144 Al 및 US 7,501,003 B에 설명되어 있다. 바람직하게는, 멤브레인 여과층은 팽창 PTFE(ePTFE), FEP(Fluorinated Ethylene Propylene), 퍼플루오로-알콕시 폴리머(PFA), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 초고분자량 폴리에틸렌(PE-UHMW)과 같은 미세다공성 플루오로폴리머이다. US 5,814,405에 매우 적절한 ePTFE 멤브레인이 설명되어 있다. 적절한 재료, 이러한 재료의 특성 및 대응하는 테스트 방법에 대한 정보를 위해서, EP 1 674 144 A1을 참고한다.
도 1의 필터 카세트의 실제 크기는 통상적으로, 프레임 크기가 592 mm × 592 mm 또는 610 mm × 610 mm이고, 전체 길이(L)가 약 600 mm이다. 필터 프레임은 약 20 mm의 두께를 가질 수 있다. 통상적으로, 필터 패널(2)의 3개의 V자형 뱅크가 필터 카세트에 배치된다. 필터 카세트(1)에 있는 주름 가공된 필터 매체(4)의 표면적은 40 m2를 초과할 수 있다.
필터 카세트(1)는 바람직하게는 4,250 m3/h 이하의 공기 스트림에 대해 (EN 1822에 따른) 클래스 H12 미립자 여과 효율을 제공하는 필터 재료와 함께 사용된다. 공기 대 직물의 비율은 3 cm/s 미만이고, 수명은 대기의 경우 1년을 초과한다. 전술한 크기의 필터 카세트에 의해 얻어지는 다른 고유값은 습윤 파열 압력(wet burst pressure)이 6,200 Pa인 반면, 4,250 m3/h의 공기 흐름에서의 초기 압력 강하는 300 Pa 미만이다. 3,400 m3/h의 공기 흐름에서, 압력 강하는 200 Pa 미만이고, 측벽(10)은 부분적으로 또는 실질적으로 생략되며, 필터 카세트의 전체 길이에 따라 압력 강하는 180 Pa, 160 Pa, 140 Pa, 120 Pa 미만으로, 심지어는 100 Pa 미만으로 줄어들 수 있다.
도 2는 단지 2개의 V자형 뱅크를 구비하는, 즉 4개의 필터 패널(2)을 구비하는, 도 1의 필터 카세트(1)의 개략적인 단면도이다. 필터 패널(2)의 필터 재료(4)는, 주름이 하나의 패널측(도시하지 않음)에서 반대 패널측(도시하지 않음)으로 연장되어 상기 단면도에서 지그재그 형태의 필터 재료를 형성하도록 주름 가공된다. 확인할 수 있다시피, 장착 프레임(8)은, 필터 패널(2)이 그 상류 단부에 연결되는 상부 장착 플레이트와 하부 장착 플레이트에 부착된다. 장착 플레이트(19)는 이 실시예에서는 필터 기능을 전혀 갖지 않는다.
도 3에는 도 2와 유사한 도면으로 상이한 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예에서, 2개의 상부 장착 플레이트와 하부 장착 플레이트(19)가 생략되고 필터 패널(2)로 대체된다. 도 2 및 도 3의 실시예를 비교함으로써 알 수 있다피시, 필터 패널 재료의 양은 양자의 실시예에서 동일하지만, 공기가 필터 카세트로 진입하는 상류측(오염 공기 섹션)에 보다 많은 개구가 마련된다. 즉, 필터링 대상 공기는 상부측 및 하부측으로부터 필터 카세트에 진입할 수 있으며, 이들 상부측과 하부측은 도 1 및 도 2의 제1 실시예에서의 장착 패널(19)에 의해 차단된다. 따라서, 도 3의 제2 실시예에 따른 필터 카세트에 의해 야기되는 압력 강하는 그 외에는 동일한 조건 하에서 제1 실시예에 따른 필터 카세트에 비해 낮을 것이다.
도 4는 그 장착면(5)을 사용하여 도 1 및 도 2의 필터 카세트(1)를 파티션벽(6)에 장착하는 옵션을 보여준다. 도 4는 도 1의 사시도에 대응하는 통상의 구성을 보여주며, 이 구성에서 필터 카세트(1)의 필터 패널(2)은 청정 공기 섹션으로 연장된다.
본 발명의 바람직한 실시형태는 아래의 단락에 특정되어 있다.
1. 공기 스트림으로부터의 입자 제거를 위한 필터 카세트(1)로서, 상기 필터 카세트는 상류 단부(14)와 하류 단부(16)를 구비하고, 필터 매체(4)가 끼워넣어지고 파티션벽(6)의 개구에 필터 카세트를 장착하도록 되어 있는 장착면(5)을 구비하는 장착 프레임(8)을 포함하는 것인 필터 카세트에 있어서, 상기 장착면(5)은 상기 상류 단부(14)로부터의 제1 거리(Dup)로 그리고 상기 하류 단부(16)로부터의 제2 거리(Ddown)로 필터 카세트의 상류 단부(14)와 하류 단부(16) 사이에 위치되며, 상기 제1 거리(Dup)와 제2 거리(Ddown) 각각은 필터 카세트의 전체 길이(L)의 10 %를 넘는 것인 필터 카세트.
2. 상기 제1 거리(Dup)와 제2 거리(Ddown)는 적어도 40 mm, 보다 바람직하게는 100 mm 이상인 것인 단락 1의 필터 카세트(1).
3. 상기 제1 거리(Dup)와 제2 거리(Ddown)는 각각 25 %를 넘는 것인 단락 1 또는 단락 2의 필터 카세트(1).
4. 상기 장착면(5)은 필터 카세트의 상기 전체 길이(L)에 대하여 상기 상류 단부(14)와 하류 단부(16) 사이의 중간에 위치되는 것인 단락 1 또는 단락 2의 필터 카세트(1).
5. 상기 장착면(5)은 상기 상류 단부(14)와 하류 단부(16)에 대하여 필터 카세트의 무게중심선에 위치되는 것인 단락 1 내지 단락 4 중 어느 하나의 필터 카세트(1).
6. 상기 필터 매체(4)는 상류에서 하류 방향으로 연장되는 복수 개의 필터 패널(2)을 포함하고, 상기 필터 패널(2)들은 그 상류 단부(14)와 하류 단부(16)에서 교대로 연결되며, 필터 카세트를 통과하는 유체가 상기 필터 패널을 통과하게 강제되도록 인접한 필터 패널(2)들을 연결하는 측벽(10)이 마련되는 것인 단락 1 내지 단락 5 중 어느 하나의 필터 카세트(1).
7. 상기 필터 매체(4)는 상류에서 하류 방향으로 주름 가공되어 있는 것인 단락 6의 필터 카세트(1).
8. 상기 장착 프레임(8)은, 필터 카세트가 상기 장착면(5)에 의해 상기 파티션벽(6)에 장착되는 필터 카세트(1)의 영역에서 상기 필터 패널(2)에 연결되는 것인 단락 6 또는 7의 필터 카세트(1).
9. 상기 장착 프레임(8)의 상류에서 인접한 필터 패널(2)들의 하류 표면측(18) 사이에만 상기 측벽(10)이 마련되는 것인 단락 8의 필터 카세트(1).
10. 상기 장착 프레임(8)의 하류에서 인접한 필터 패널(2)들의 상류 표면측(17) 사이에만 상기 측벽(10)이 마련되는 것인 단락 8 또는 9의 필터 카세트(1).
11. 상기 장착 프레임(8)의 상류에서 인접한 필터 패널(2)들의 하류 표면측(18)사이에만 상기 측벽(10)이 마련되고, 상기 장착 프레임(8)의 하류에서 인접한 필터 패널(2)들의 상류 표면측(17) 사이에만 상기 측벽(10)이 마련되는 것인 단락 8의 필터 카세트(1).
12. 2개의 최외측 필터 패널은 상기 상류 단부(14) 및/또는 하류 단부(16)에서 상기 장착면(5)으로 연장되고, 필터 기능을 갖는 것인 단락 8 내지 단락 11 중 어느 하나의 필터 카세트(1).
13. 상기 필터 카세트의 전체 길이는 250 mm 이상인 것인 단락 1 내지 단락 12 중 어느 하나의 필터 카세트(1).
14. 상기 장착면(5)은 실링 기능을 갖는 것인 단락 1 내지 단락 13 중 어느 하나의 필터 카세트(1).
15. 필터 매체(4)는 EN 1822에 따른 적어도 필터 클래스 H10, 바람직하게는 필터 클래스 H12의 미립자 여과 효율을 갖고, 필터 카세트는 시간당 3,400 m3의 공기 유량에서 200 Pa 미만의 압력 강하를 제공하는 것인 단락 1 내지 14 중 어느 하나의 필터 카세트(1).
16. 시간당 3,400 m3의 공기 유량에서의 압력 강하는 180 Pa 미만, 바람직하게는 160 Pa 미만, 보다 바람직하게는 140 Pa 미만, 훨씬 더 바람직하게는 120 Pa 미만, 가장 바람직하게는 100 Pa 미만인 것인 단락 15의 필터 카세트(1).
17. 필터 매체(4)는 다음 필터층들, 즉 유리 섬유 필터층, 예컨대 부직포 폴리에스테르 또는 부직포 폴리프로필렌, 셀룰로오스 필터층으로 이루어진 합성 섬유 필터층 중 하나 이상을 포함하는 것인 단락 1 내지 16 중 어느 하나의 필터 카세트(1).
18. 필터 매체(4)는, 바람직하게는 다음의 필터층, 즉 하나 이상의 ePTFE 멤브레인, 나노 섬유로 이루어진 적어도 하나의 층, 유리 섬유로 이루어진 적어도 하나의 층, 및 정전하 대전된 부직포층 중 하나 이상을 포함하는 복수 개의 인접한 필터층들을 포함하는 복합 재료인 것인 단락 1 내지 17 중 어느 하나의 필터 카세트(1).
19. 개구(15)와 이 개구(15)를 에워싸는 장착면(13)을 갖는 파티션벽(6)을 포함하는 필터 장치에 있어서, 필터 카세트의 필터 매체(4)가 상기 파티션 장착면(13)의 양측으로 돌출하도록, 상기 파티션 장착면(13)에 단락 1 내지 단락 18 중 어느 하나의 필터 카세트(1)가 장착되는 것인 필터 장치.
20. 가스 터빈으로서, 가스 터빈에 진입하는 가스 스트림으로부터 입자를 제거하도록 구성된 단락 1 내지 18 중 어느 하나의 필터 카세트(1)를 포함하는 가스 터빈.
21. 공기 유량이 시간당 적어도 1,000m3, 바람직하게는 시간당 4,000m3를 넘고, 보다 바람직하게는 시간당 10,000m3을 넘는 것인 단락 20의 가스 터빈.
22. 적어도 하나의 필터 카세트(1)는 공기 유량이 시간당 500 내지 6,000 m3인 것인 단락 20 또는 21의 가스 터빈.
23. 가스 터빈에 진입하는 가스 스트림으로부터 입자를 제거하기 위한 단락 1 내지 18 중 어느 하나의 필터 카세트(1)의 용도.
24. 공기 유량이 시간당 적어도 1,000m3, 바람직하게는 시간당 4,000m3를 넘고, 보다 바람직하게는 시간당 10,000m3을 넘는 가스 터빈의 공기 흡입구에서의 단락 23의 필터 카세트(1)의 용도.
1 : 필터 카세트
2 : 필터 패널
4 : 필터 매체
5 : 장착면
6 : 파티션벽
8 : 장착 프레임
10 : 측벽

Claims (19)

  1. 개구(15) 및 이 개구(15)를 에워싸는 장착면(13)을 갖는 파티션벽(6)을 포함하는 필터 장치로서,
    공기 스트림으로부터의 입자 제거를 위한 필터 카세트(1)가 상기 파티션벽(6)의 장착면(13)에 장착되고, 상기 필터 카세트는, 상류 단부(14)와 하류 단부(16)를 구비하고, 필터 매체(4)가 기밀한 방식으로 실링되는 장착 프레임(8)을 포함하며, 상기 장착 프레임(8)은 파티션벽(6)의 개구에 필터 카세트를 장착하도록 구성되는 장착면(5)을 구비하고,
    상기 필터 카세트의 장착면(5)은 상기 상류 단부(14)로부터 제1 거리(Dup)에서 그리고 상기 하류 단부(16)로부터 제2 거리(Ddown)에서 필터 카세트의 상류 단부(14)와 하류 단부(16) 사이에 위치하고, 상기 제1 거리(Dup)와 제2 거리(Ddown) 각각은 필터 카세트의 전체 길이(L)의 10 %를 넘고,
    상기 제1 거리(Dup) 및 제2 거리(Ddown)는 적어도 100 mm이며,
    상기 필터 매체(4)는 상류에서 하류 방향으로 연장되는 복수의 필터 패널들(2)을 포함하고, 상기 필터 패널들(2)은 상류 단부(14)와 하류 단부(16)에서 교대로 연결되며, 상기 필터 카세트를 통과하는 유체가 상기 필터 패널들을 통과하게 강제되도록 인접한 필터 패널들(2)을 연결하는 측벽들(10)이 마련되고,
    상기 장착 프레임(8)은 상기 필터 카세트가 상기 필터 카세트의 장착면(5)에 의해 상기 파티션벽(6)에 장착되는 필터 카세트(1)의 영역에서 상기 필터 매체(4)의 필터 패널들(2)에 연결되고,
    상기 필터 카세트(1)는 상기 파티션벽의 장착면(13)에 장착되어 상기 필터 매체(4)가 상기 파티션벽의 장착면(13)의 양측으로 돌출되는 것인 필터 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 거리(Dup)와 제2 거리(Ddown)는 각각 25 %를 넘는 것인 필터 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 필터 카세트의 장착면(5)은 필터 카세트의 전체 길이(L)에 대하여 상기 상류 단부(14)와 하류 단부(16) 사이의 중간에 위치하는 것인 필터 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 필터 카세트의 장착면(5)은 상기 상류 단부(14)와 하류 단부(16)에 대하여 필터 카세트의 무게중심선에 위치하는 것인 필터 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 장착 프레임(8)의 상류에서 인접한 필터 패널들(2)의 하류 표면측(18)들 사이에만 상기 측벽들(10)이 마련되는 것인 필터 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 장착 프레임(8)의 하류에서 인접한 필터 패널들(2)의 상류 표면측(17)들 사이에만 상기 측벽들(10)이 마련되는 것인 필터 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 장착 프레임(8)의 상류에서 인접한 필터 패널(2)들의 하류 표면측(18)들 사이에만 상기 측벽들(10)이 마련되고, 상기 장착 프레임(8)의 하류에서 인접한 필터 패널(2)들의 상류 표면측(17)들 사이에만 상기 측벽들(10)이 마련되는 것인 필터 장치.
  8. 제1항에 있어서, 2개의 최외측 필터 패널들은 상기 상류 단부(14)로부터, 또는 하류 단부(16)로부터, 또는 상기 상류 단부(14)와 하류 단부(16)로부터 상기 필터 카세트의 장착면(5)으로 연장되고, 필터 기능을 갖는 것인 필터 장치.
  9. 제1항에 있어서, 필터 매체(4)는 EN 1822에 따른 적어도 필터 클래스 H10의 미립자 여과 효율을 갖고, 필터 카세트는 시간당 3,400 m3의 공기 유량에서 200 Pa 미만의 압력 강하를 제공하는 것인 필터 장치.
  10. 제9항에 있어서, 시간당 3,400 m3의 공기 유량에서의 압력 강하는 180 Pa 미만인 것인 필터 장치.
  11. 가스 터빈으로서, 가스 터빈에 진입하는 가스 스트림으로부터 입자를 제거하도록 구성된 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 필터 장치를 포함하는 가스 터빈.
  12. 제11항에 있어서, 상기 가스 터빈은 공기 유량이 시간당 적어도 1,000m3인 것인 가스 터빈.
  13. 제11항에 있어서, 적어도 하나의 필터 카세트(1)는 공기 유량이 시간당 500 내지 6,000 m3인 것인 가스 터빈.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 필터 카세트는 가스 터빈으로 진입하는 가스 스트림으로부터 입자를 제거하기 위해 이용되는 것인 필터 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 필터 카세트는 공기 유량이 시간당 적어도 1000m3인 가스 터빈의 공기 흡입구에 이용되는 것인 필터 장치.
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